- Charakteristiky atómového modelu de Broglie
- Davisson a Germer experiment
- obmedzenia
- Články záujmu
- Referencie
De Broglie atómovej modelu bol navrhnutý francúzsky fyzik Louis Broglie v roku 1924. Vo svojej dizertačnej práci, Broglie tvrdil vlnu-dualita čiastočky elektrónov, položenie základov vlnovej mechaniky. Broglie publikoval dôležité teoretické zistenia o vlnovo-korpuskulárnej povahe hmoty v atómovej mierke.
Neskôr de Broglieove experimenty experimentálne demonštrovali vedci Clinton Davisson a Lester Germer v roku 1927. Teória elektrónových vĺn De Broglie je založená na Einsteinovom návrhu vlnových vlastností svetla pri krátkych vlnových dĺžkach.
Broglie oznámil možnosť, že hmota sa správa podobne ako svetlo, a navrhol podobné vlastnosti v subatomárnych časticiach, ako sú elektróny.
Elektrické náboje a obežné dráhy obmedzujú amplitúdu, dĺžku a frekvenciu vlny opísanej elektrónmi. Broglie vysvetlil pohyb elektrónov okolo atómového jadra.
Charakteristiky atómového modelu de Broglie
Na rozvinutie svojho návrhu Broglie vychádzal z princípu, že elektróny mali medzi vlnami a časticami dvojaký charakter, podobný svetlu.
V tomto zmysle urobil Broglie podobnosť medzi oboma javmi a na základe rovníc vyvinutých Einsteinom pre štúdium vlnového charakteru svetla naznačil toto:
- Celková energia fotónu a následne celková energia elektrónu je výsledkom súčinu vlnovej frekvencie a Plankovej konštanty (6,662606957 (29) × 10 - 34 Jules x sekúnd), ako je znázornené. podrobne v nasledujúcom výraze:
V tomto výraze:
E = energia elektrónu.
h = Plankova konštanta.
f = frekvencia vlny.
- Lineárna hybnosť fotónu, a teda aj elektrónu, je nepriamo úmerná vlnovej dĺžke a obe veľkosti sú spojené pomocou Plankovej konštanty:
V tomto výraze:
p = hybnosť elektrónu.
h = Plankova konštanta.
λ = vlnová dĺžka.
- Lineárna hybnosť je súčinom hmotnosti častice a rýchlosti, ktorú má častica počas pohybu.
Ak je vyššie uvedený matematický výraz reštrukturalizovaný ako funkcia vlnovej dĺžky, máme nasledujúce:
V tomto výraze:
λ = vlnová dĺžka.
h = Plankova konštanta.
m = hmotnosť elektrónu.
v = rýchlosť elektrónu.
Pretože h, Plankova konštanta, má malú hodnotu, tak je to aj vlnová dĺžka λ. Preto je možné konštatovať, že vlnové vlastnosti elektrónu sa vyskytujú iba na atómovej a subatomárnej úrovni.
- Broglie je tiež založený na postulátoch Bohrovho atómového modelu. Podľa toho sú obežné dráhy elektrónov obmedzené a môžu to byť iba násobky celých čísel. takže:
Kde:
λ = vlnová dĺžka.
h = Plankova konštanta.
m = hmotnosť elektrónu.
v = rýchlosť elektrónu.
r = polomer obežnej dráhy.
n = celé číslo.
Podľa Bohrovho atómového modelu, ktorý Broglie prijal ako základ, ak sa elektróny správajú ako stojaté vlny, jedinými povolenými obežnými dráhami sú tie, ktorých polomer sa rovná celočíselnému násobku vlnovej dĺžky λ.
Nie všetky obežné dráhy preto spĺňajú potrebné parametre, aby sa nimi mohol elektrón pohybovať. To je dôvod, prečo sa elektróny môžu pohybovať iba na konkrétnych dráhach.
Teória de Broglieho elektrónových vĺn odôvodnila úspech Bohrovho atómového modelu pri vysvetľovaní správania jedného elektrónu atómu vodíka.
Podobne objasnil aj to, prečo sa tento model nehodí k zložitejším systémom, teda k atómom s viac ako jedným elektrónom.
Davisson a Germer experiment
Experimentálne overenie atómového modelu de Broglie sa uskutočnilo 3 roky po jeho uverejnení v roku 1927.
Poprední americkí fyzici Clinton J. Davisson a Lester Germer experimentálne potvrdili teóriu mechaniky vĺn.
Davisson a Germer vykonali rozptylové testy elektrónového lúča cez niklový kryštál a pozorovali jav difrakcie kovovým médiom.
Vykonaný experiment pozostával z uskutočnenia nasledujúceho postupu:
- V prvom prípade bola umiestnená zostava elektrónového lúča, ktorá mala známu počiatočnú energiu.
- Bol nainštalovaný zdroj napätia na urýchlenie pohybu elektrónov vyvolaním potenciálneho rozdielu.
- Tok elektrónového lúča bol nasmerovaný na kovový kryštál; v tomto prípade nikel.
- Bol meraný počet elektrónov, ktoré ovplyvnili niklový kryštál.
Na konci experimentu Davisson a Germer zistili, že elektróny boli rozptýlené rôznymi smermi.
Opakovaním experimentu s použitím kovových kryštálov s rôznou orientáciou vedci zistili nasledujúce:
- Rozptyl elektrónového lúča cez kovový kryštál bol porovnateľný s javom rušenia a difrakcie svetelných lúčov.
- Odraz elektrónov na nárazovom kryštáli opísal trajektóriu, ktorú by teoreticky mal opísať podľa de Broglieho teórie elektrónových vĺn.
Stručne povedané, experiment Davisson a Germer experimentálne overil povahu elektrónov s dvojitou vlnou.
obmedzenia
Atómový model de Broglie nepredpovedá presné umiestnenie elektrónu na obežnej dráhe, po ktorej prechádza.
V tomto modeli sú elektróny vnímané ako vlny, ktoré sa pohybujú okolo obežnej dráhy bez špecifického umiestnenia, čím zavádzajú koncept elektronického obežného kolesa.
Atómový model de Broglie, analogický so Schrödingerovým modelom, nezohľadňuje rotáciu elektrónov okolo ich rovnakej osi (spin).
Ignorovaním vnútornej hybnej hybnosti elektrónov sa zanedbávajú priestorové variácie týchto subatomárnych častíc.
Rovnakým spôsobom tento model nezohľadňuje zmeny v správaní rýchlych elektrónov v dôsledku relativistických účinkov.
Články záujmu
Schrödingerov atómový model.
Chadwickov atómový model.
Heisenbergov atómový model.
Perrinov atómový model.
Thomsonov atómový model.
Daltonov atómový model.
Atómový model Dirac Jordan.
Atómový model Demokrita.
Bohrov atómový model.
Referencie
- Bohrov kvantová teória a De Broglie vlny (nd). Získané z: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - Životopis (1929). © Nobelova nadácia. Obnovené z: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (nd). Získané z: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie. Encyklopédia Britannica, Inc. Obnovené z: britannica.com
- De Broglieho atómový model. Národná univerzita dištančného vzdelávania. Španielsko. Získané z: ocw.innova.uned.es
- Vlny hmoty Louis De Broglie (nd). Získané z: hiru.eus
- Von Pamel, O., a Marchisio, S. (nd). Kvantová mechanika. Národná univerzita v Rosario. Získané z: fceia.unr.edu.ar